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【中國科學(xué)院】李燦院士:“液態(tài)陽(yáng)光”產(chǎn)業(yè)化腳步漸近

日期:2024-06-11

|  來(lái)源:中國科學(xué)報【字號:

“‘液態(tài)陽(yáng)光’產(chǎn)業(yè)化項目的技術(shù)路徑已經(jīng)走通了,現在,不考慮碳稅前提下,主要是直接成本比不上煤制甲醇。但‘液態(tài)陽(yáng)光’有規模效應,一旦來(lái)到10萬(wàn)噸級及以上規模,它的單產(chǎn)成本會(huì )進(jìn)一步下降,特別是隨光伏風(fēng)電價(jià)格下降,其價(jià)格會(huì )大幅下降?!?/span>

4月28日,中國科學(xué)院院士、大連市人民政府參事、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所太陽(yáng)能研究部部長(cháng)李燦在接受《中國科學(xué)報》獨家專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示,“液態(tài)陽(yáng)光”產(chǎn)業(yè)化腳步漸近,“今年啟動(dòng)、明年建設,后年即可規?;a(chǎn)”。

李燦院士在中關(guān)村論壇上。主辦方供圖

? ?“液態(tài)陽(yáng)光”產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)難題已掃清

把太陽(yáng)能轉化為可穩定存儲、易于運輸的液體燃料,被科學(xué)家們形象地稱(chēng)為“液態(tài)陽(yáng)光”。當前,二氧化碳減排已成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,科學(xué)家們在碳捕捉、碳封存以及資源化利用方面作了大量探索,“液態(tài)陽(yáng)光”計劃是其中最讓人興奮的一個(gè)。

李燦向《中國科學(xué)報》介紹說(shuō),“液態(tài)陽(yáng)光”主要包括三個(gè)重要環(huán)節:風(fēng)/光發(fā)電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇。其中,通過(guò)風(fēng)力、光伏等清潔能源發(fā)電用于電解制得的氫氣又稱(chēng)為“綠氫”。?

與此同時(shí),“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地也面臨著(zhù)三大技術(shù)難題:風(fēng)/光電等清潔能源的產(chǎn)出不穩定,規?;娊馑茪涑杀?;此外,相比工業(yè)上常用的一氧化碳制甲醇,利用惰性、溫室氣體二氧化碳制甲醇不僅需要高溫高壓的反應條件,還需要高活性高選擇性的催化劑。?

“首先需要發(fā)展抗波動(dòng)的電解槽體系,能夠容忍風(fēng)力、光伏發(fā)電的波動(dòng)和不穩定性”為此,李燦帶領(lǐng)的研究團隊早在2019年在國內率先開(kāi)發(fā)了千方級、抗波動(dòng)高性能電解槽技術(shù)。?

他告訴《中國科學(xué)報》,在這一穩態(tài)體系下,電解槽可以提高效率至接近4度電產(chǎn)出1立方氫。同時(shí),穩態(tài)體系也有助于提高系統的安全系數,避免氫氣和氧氣混合引發(fā)爆炸。?

在二氧化碳加氫制甲醇這一環(huán)節,李燦團隊早于2017年就取得了技術(shù)突破,開(kāi)發(fā)了一種二元金屬氧化物(ZnO-ZrO2)固溶體催化劑,實(shí)現了二氧化碳高選擇性、高穩定性加氫合成甲醇。該成果于2017年10月發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》上。?

? ?“液態(tài)陽(yáng)光”規?;炞C結果超預期

“一些技術(shù)在實(shí)驗室效果好,但不代表在規?;a(chǎn)中也表現很好,這就需要中試?!崩顮N告訴記者,讓他沒(méi)想到的是,中試效果竟然比在實(shí)驗室的結果還要好。

2018年8月,在甘肅省蘭州新區的支持下,由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)、蘭州新區石化產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司建設和運營(yíng)、華陸工程科技有限責任公司設計的全球首套千噸級“液態(tài)陽(yáng)光合成的規?;痉豆こ獭毙媛涞貑?dòng),并于2020年試車(chē)成功并完成成果鑒定。?

“實(shí)驗室的結果,催化劑對甲醇的選擇性保持在90%左右,但在規?;痉豆こ讨衅溥x擇性在95%以上;二氧化碳的轉化率也非常高,因為我們在萃取了甲醇之后,會(huì )將二氧化碳循環(huán)注入系統,結果是幾乎所有的二氧化碳都能轉化成甲醇?!崩顮N對《中國科學(xué)報》表示,這一成功示范,邁出了太陽(yáng)能等可再生能源轉化為液體燃料工業(yè)化生產(chǎn)的第一步。

他透露,目前,全球首個(gè)10萬(wàn)噸級“液態(tài)陽(yáng)光”燃料合成項目正在內蒙古鄂爾多斯建設中,預計最快可在2025年實(shí)現項目建成。

“到了10萬(wàn)噸級這個(gè)規模,‘液態(tài)陽(yáng)光’項目的經(jīng)濟性和效益就開(kāi)始占優(yōu)了?!崩顮N向《中國科學(xué)報》算了一筆賬:傳統煤制甲醇的價(jià)格大概在2500~3000元/噸,而隨著(zhù)規模的上升和風(fēng)/光電價(jià)的進(jìn)一步走低(降到0.2元以下),“液態(tài)陽(yáng)光”制甲醇的成本很快就能跟煤制甲醇持平,而且還沒(méi)有考慮“碳稅”收益問(wèn)題。

李燦說(shuō),未來(lái)若收緊溫室氣體排放管控,各國可能會(huì )對碳排放收取費用,這就是“碳稅”。相比“液態(tài)陽(yáng)光”,傳統的煤制甲醇每生產(chǎn)1噸甲醇差不多要排放3~4噸二氧化碳,將來(lái),傳統煤制甲醇不得不考慮碳稅帶來(lái)的成本上升問(wèn)題。

相比之下,“液態(tài)陽(yáng)光”每生產(chǎn)1噸甲醇,可轉化約1.4噸二氧化碳;生產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇,就可消解納約14萬(wàn)噸二氧化碳。一邊是消納,一邊是排放,“液態(tài)陽(yáng)光”的生態(tài)效益由此彰顯。

“我們的實(shí)踐證明,‘液態(tài)陽(yáng)光’是一個(gè)切實(shí)可行的減碳方案,它不僅比‘碳捕捉—深埋’方案更安全、更環(huán)保,而且還有經(jīng)濟效益?!崩顮N說(shuō),“液態(tài)陽(yáng)光”計劃孕育著(zhù)一場(chǎng)重大的能源革命,而隨著(zhù)其經(jīng)濟效益的凸顯和產(chǎn)業(yè)化腳步的加快,這場(chǎng)能源革命已經(jīng)在可期待的視野之中了。

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